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多節夾緊--膜片聯軸器
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脹套--波紋管聯軸器
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如何正確選擇伺服電機聯軸器、彈性聯軸器、微型聯軸器、波紋管聯軸器

  在伺服應用中選擇最適合型號的聯軸器可能是一件令人困惑的事情,因為伺服系統選配聯軸器是一個復雜的過程。這個過程包含了很多不同的性能因素,包括力矩、軸的偏差、硬度、轉速、空間要求等等,聯軸器需要滿足所有這些以便使系統正常的運轉。在選擇聯軸器之前,需要我們對這些聯軸器的性能和其應用進行詳盡的了解。不同類型的聯軸器存在著其自身的優缺點。本文旨在向伺服聯軸器的終端用戶介紹不同類型聯軸器在各種伺服系統中的應用,同時幫助終端用戶指出在設計制造過程中要考慮的因素及如何有效連接不同產品來正確選擇合適的聯軸器。伺服電機聯軸器、彈性聯軸器、微型聯軸器、波紋管聯軸器

平行切縫聯軸器

  平行切縫式聯軸器通常由單塊金屬制成,常用鋁,運用螺旋切縫系統來適應偏差和傳遞扭矩。它們通常有很好的性能且有價格優勢,在很多實際運用中,它是首選的產品。單塊原材料的設計使它實現了無背隙地傳遞力矩和無須維護的優勢。這里有兩個基本的系列:單縫型和多縫型。單縫型有一條連續的多圈的長切縫,這使聯軸器具有很好的彈性和很小的軸承負載。它可以承受各種偏差,最適合用于處理角向位移和軸向位移,但平行偏差的承受力較弱,因為要同時把單縫在兩不同的方向彎曲,會產生很大的內部壓力,從而導致零件過早的損壞。盡管長單縫聯軸器能在承受偏差情況下很容易地彎曲,但在扭力負載的下對聯軸器的剛性也有同樣的影響。扭力負載下過大的回轉間隙會影響聯軸器的精度并消弱其整體的性能.單縫聯軸器是一種經濟的選擇,最適合用于低扭矩應用中,尤其在連接編碼器和其他較輕的儀器中。多切縫聯軸器通常有2-3個切縫,以此來對付低扭矩剛性問題。多切縫型慮及到了不減弱承受偏差能力的情況下使切縫變短,短的切縫使聯軸器的扭矩剛度增強并交疊在一起,使其能承受相當大的扭矩。這種性能使它適用于輕負荷的應用,比如,伺服電機與絲杠的連接。同時這種性能也不是沒有任何負面的作用的:隨著切縫尺寸的增加超過單縫型,其軸承負荷也會加大,但大多數情況下,還能足夠有效地保護軸承。一些廠商把多切縫型的概念擴大到另一層面上。除了一套多切縫,兩套多切縫也同時被使用。多套多切縫使聯軸器更具彈性和偏差承受能力。增加尺寸意味著增加承受平行偏差的能力,相比單切縫和單套多切縫聯軸器,在平行偏差的情況下,多套多切縫聯軸器可以同時彎曲向不同的方向,因此更能適應承受這種偏差,F在大多數的此系列聯軸器是用鋁做的,但是也有一些廠商提供設計用不銹鋼生產。不銹鋼聯軸器除了耐腐蝕外,同時也增加了扭矩承受能力和剛度,有時能達到兩倍于鋁制同類產品。然而這種增加的扭矩和剛度也被增加的質量和慣性而抵消。很多時候負面影響也會超過其優點,這樣使用戶不得不去尋找其他形式的聯軸器。在小型電機應用中很大比率的馬達扭矩被用來克服聯軸器的慣性,這將嚴重削弱系統的整體性能。

十字滑塊聯軸器
  雙十字滑塊聯軸器,由兩個轂和一個中心滑塊組成。中心滑塊做為一個傳遞扭矩元件通常由塑料制成,很少情況下由金屬制成。中心滑塊通過兩邊呈90°相對分布的卡槽和兩側的轂連接在一起,從而來傳遞扭矩。中心滑塊和轂間用微小的壓力進行吻合,這種壓力能使聯軸器在設備運轉中具有無背隙運轉。隨著使用時間增長,滑塊可能會因受到磨損而失去無反沖的功能,但中心滑塊并不貴,也很容易更換,更換后仍能發揮其原有的性能。在使用過程中通過中心滑塊的滑動來適應相對位移。因為抵抗相對位移的是滑塊與轂之間的摩擦力,因此它們之間的軸承負荷不會因相對位移的增加而加大。不像其它的聯軸器,它沒有能象彈簧一樣工作的彈性部件,因此不會因為軸間的相對位移的增加而使軸承負荷加大。無論如何這種系列的聯軸器比較物超所值,能選擇不同材料的滑塊是這種聯軸器的一大優勢。一些廠商提供多種原材料的選擇來適應不同的應用。一般來說,一類材質適用于無背隙、高扭矩剛性和大扭矩的情況下,另一類材質適用于低精度定位、無需無背隙、但有吸震和減噪作用。非金屬滑塊還有電絕緣作用,可以充當機械保險絲來用。當塑料的滑塊損壞后,傳遞將被完全終止,從而保護貴重的機械零件。這種設計適用于大的平行相對位移(從0.025"到0.100"或更大要看聯軸器的尺寸)。聯軸器制造商通常提供低于本身能力的處理參數,以增加零件的使用壽命。這種聯軸器,僅能適用于小于0.5°的角向相對位移和小于0.005"的軸向位移和不高于轉速為4000轉/分鐘的情況下使用。度數大的角向位移可使其失去勻速特性。分體的三部分設計,限制了它處理軸向位移的能力,比如不可用在推拉式應用中。同時,因為中心滑塊是浮動的,兩軸運動必須保證滑塊不會脫落。
無背隙爪型聯軸器
  這種聯軸器一般有兩種類型,一種是傳統的直爪型的,一種是曲面(內凹)爪型的無背隙聯軸器。傳統的直爪型的不適合用在精度很高的伺服傳動的應用中。無背隙爪型聯軸器是在直爪型的基礎上演變而來的,但不同的是其設計能適合伺服系統的應用。曲面是為了減少彈性梅花塊的變形和限制高速運轉時向心力對它的影響。無背隙爪型聯軸器由兩個金屬轂和一個彈性塊結合而成。梅花塊有多個葉片分支,象十字滑塊聯軸器一樣,它也是通過壓擠來使彈性塊和兩邊的轂吻合的并以此保證了其無背隙性能。與雙十字滑塊聯軸器不同的是,它是通過壓擠傳動的,雙十字滑塊聯軸器是通過剪力傳動的。在使用無背隙爪型聯軸器時,使用者一定要注意不能超過生產商給出的彈性元件的最大承受能力(保證無背隙的前提下),否則彈性元件將會被壓扁變形失去彈性,預加負荷消失,從而失去無背隙的性能,還可能在發生嚴重的問題后使用者才會發現。爪型聯軸器具有很好的平衡性能和適用于高轉速應用(最大可達40000轉/分鐘),但不能處理很大的相對位移,尤其是軸向的。較大的平行和角向位移會產生比其他伺服聯軸器大的軸承負荷。另一個值的關注的問題是爪型聯軸器的失效。一旦彈性梅花塊損壞或失效,力矩傳遞并不會中斷,同時兩轂的金屬爪嚙合在一起繼續傳遞扭矩,這很可能會導致系統出現問題。根據實際應用選擇合適的彈性梅花塊原料是本聯軸器的一大優勢,生產商提供各種彈性材料的梅花塊,不同的硬度和溫度承受力,讓客戶選擇合適的材料滿足實際應用的性能標準。盤式聯軸器盤式聯軸器至少由一個盤(或金屬或合成樹脂)和兩個轂組成。盤被用銷釘緊固在轂上一般不會松動或引起盤和轂之間的反沖。有一些生產商提供兩個盤的,中間有一個剛性件,兩邊再連在轂上。單盤和雙盤的不同之處類似于單切縫和多套平行切縫聯軸器的不同,鑒于其需要盤能復雜的彎曲,所以單盤不太適應平行偏差。而雙盤的聯軸器可以同時曲向不同的方向,以此來承受平行偏差。這種特點有點象波紋管聯軸器,實際上聯軸器傳遞力矩的方式差不多。盤很薄,當相對位移荷載產生時它很容易彎曲,因此可以承受高達5度的偏差,同時在司服系統中產生較低的軸承負荷。盤具有很好的扭矩剛性,稍遜波紋管聯軸器。不利方面是,盤式聯軸器非常精巧,如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯軸器的正常運轉的承受范圍之內是非常必要的。
波紋管聯軸器
  波紋管聯軸器由兩個轂和一個薄壁金屬管組成,它們用或焊接或粘結的方式連接在一起。盡管很多其它的材料可用,但不銹鋼和鎳還是最常用的金屬管材料。鎳管是用電沉積法完成的。這種方法首先要機加工固體的芯棒,使其成波紋形,利用電鍍鎳在芯棒上,然后芯棒被化學溶解,從而得到鎳的波紋管。這種方法能控制波紋管壁厚的精度,并能得到比其他方法制作的波紋管更薄的壁厚。這種薄壁波紋管使聯軸器具有高敏感性和反應迅速,使它成為理想的用于極小且精密的儀器應用中。不過較薄的管壁也會減少其扭矩傳遞能力,使其在實際應用中有很大的局限性。不銹鋼波紋管比鎳金波紋管更具有剛性、強度,經常用液壓整形來制造。加氫重整就是把薄壁管放置在機器上,利用液壓和特殊的工夾具使其成型。這種波紋管聯軸器的特點使其成為理想的用在運動控制中的零件。薄而均勻的管子在承受三種軸之間基本的偏差時而引起負荷時可以使其易彎曲,這三種基本偏差為軸向、平行和角向。一般情況下,可以承受1°-2°的角向偏差,0.01"-0.02"的平行偏差和軸向偏差。這種薄而均勻的管壁使其產生很低的軸承負荷,保持旋轉各點的恒量,沒有象其他聯軸器那樣破壞循環的高負荷點和低負荷點,且在承受扭力負載時保持剛性。扭矩剛性是決定聯軸器精準度的主要因素,剛度越好傳遞的精度越高。在伺服聯軸器中,波紋管聯軸器是剛性最好的,在適應高精度和高重復性應用中是最理想的聯軸器。針對易腐蝕環境中,有的廠商提供不銹鋼轂的聯軸器,這樣增加了質量降低了這種聯軸器的性能優勢。使用鋁轂的波紋管聯軸器在實際應用中的低慣性,這在當今的迅速反應系統中是十分重要的性能。一些波紋管聯軸器的生產商為平衡他們的聯軸器,作為標準提供其應用在高轉速的應用中(10,000轉/分鐘)
剛性聯軸器
  剛性聯軸器,顧名思義,實際上是一種扭轉剛性的聯軸器,即使承受負載時也無任何回轉間隙,即便是有偏差產生負荷時,剛性聯軸器還是剛性傳遞力矩。如果系統中有任何偏差,則會導致軸、軸承或聯軸器過早的損壞,也就是說其無法用在高速的環境下,因為它無法補償由于高速運轉產生高溫而產生的軸間相對位移。當然,如果相對位移能被成功的控制,在伺服系統應用中剛性聯軸器也會發揮很出色的性能。盡管過去人們不贊成把剛性聯軸器用在伺服傳動中,但近來由于其高扭矩承受力、剛性和無背隙性能,小規格的鋁制剛性聯軸器日益多的應用在運動控制領域中。
  總結選擇適合的伺服聯軸器是整個系統設計的重要部分,會很大影響到系統的整體性能表現;诖嗽,在設計過程中應盡早地考慮聯軸器,并把分別把各種聯軸器的和系統的功能目標排列對照,這樣可以避免在運動控制的實際運用中經常產生的問題。我們討論的上述每種聯軸器都有其各自的特點,使其可適用于各種不同的應用中。但是,單一品種的聯軸器不能適應于每種應用領域中。這使得目前市場上有各種品種的聯軸器,給設計工程師選擇最適合的聯軸器使系統表現最優化且使用壽命長。

 

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